СОДЕРЖАНИЕ
ВОЛКОВ В.Г.
Телевизионные камеры для спецтехники
СМЕЛКОВ В.М.
К вопросу теоретического обоснования реализации
обмена параметров при проектировании телекамер
прикладного назначения
ЗВЕЖИНСКИЙ С.С., ПАРФЕНЦЕВ И.В.
Магнитометрические феррозондовые градиентометры
для поиска взрывоопасных предметов
16
АНЦЕЛЕВИЧ М.А., КАРПОВ А.С., УДАВИХИН А.В.,
ЩЕРБАКОВ Г.Н.
Обнаружение проводных линий управления
террористическими взрывными устройствами
ПЕЛЁВИНА Е.Н.
Система управления наведением гидроразрушителя
мобильного робототехнического комплекса
НАГОРНЫЙ С.И., ДОНЦОВ В.В.
Иллюзия выбора защищенных средств коммуникации
ХОРЕВ А.А.
Классификация электронных устройств перехвата
информации
АКИМОВ В.Н., БАБИН А.И., ШОРИН А.О.
Радиомодемы диапазонов VHF/ UHF в задачах охраны
и мониторинга объектов
ПОЛЯКОВ В.Т.
NVIS — техника ближней связи на КВ
50
59
46
35
39
30
12
2
Учредитель – Российский
новый университет
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
Зернов В.А., д.т.н., профессор
Бугаев А.С., академик РАН
Гуляев Ю.В., академик РАН
Никитов С.А., чл.-корр. РАН
Андрюшин О.Ф., д.т.н., профессор
Волков В.Г., д.т.н.
Дворянкин С.В., д.т.н., профессор
Звежинский С.С., д.т.н., профессор
Крюковский А.С., д.ф.-м.н.,
профессор
Лукин Д.С., д.ф.-м.н., профессор
Минаев В.А., д.т.н., профессор
Палкин Е.А., к.ф.-м.н.
Филипповский В.В., к.т.н.
Черная Г.Г.
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
Главный редактор – Черная Г.Г.
Научный редактор – Дворянкин С.В.
Научный консультант –
Растягаев Д.В., к.ф.-м.н.
Графика – Абрамов К.Е.
Распространение – Михеев Б.Ю.
ИЗДАТЕЛь
ООО «Спецтехника и связь»
Адрес редакции
Москва, ул. Авиамоторная, 55, кор. 31
Для писем:
105005 Москва, ул. Радио, 22
Тел./факс: +7 (495) 661-6857,
тел.: +7(963) 636-8984
e-mail: rid@rosnou.ru
e-mail: galina_chernaya@bk.ru
http://www.st-s.su
Индекс в каталоге
Агентства «Роспечать» 80636
Предпечатная подготовка
ООО «Типография «СТАНДАРТ»
Тел.: +7 (495) 223-5462
Дизайн, верстка –
Мринская Е.Н.
Все рукописи, принятые к публикации, проходят научное рецензирование.
Мнение редакции не всегда совпадает с точкой зрения автора. Редакция
не несет ответственности за достоверность сведений, содержащихся
в рекламе. Перепечатка материалов из журнала допускается
только с письменного разрешения редакции.
В этом случае статья должна сопровождаться
ссылкой на журнал «Спецтехника и связь».
Отпечатано с готовых диапозитивов
в ООО «Типография «СТАНДАРТ»
105523 Москва,
Щелковское ш., д. 100, корп. 5
Заказ № 37-09
Тираж 2000 экз.
Журнал зарегистрирован
Федеральной службой
по надзору в сфере связи
и массовых коммуникаций.
Свидетельство о регистрации
ПИ № ФС77-32855
от 15 августа 2008 г.
© НОУ «РосНОУ» 2009 г.
Стр.1
ВОЛКОВ1
Виктор Генрихович,
доктор технических наук
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ
КАМЕРЫ ДЛЯ
СПЕЦТЕХНИКИ
Рассмотрено современное состояние разработки ТВ-камер для специальной техники. Описываются кремниевые ПЗС,
гибридно-модульные преобразователи изображения IICCD, IBCCD и ТВ-камеры на их основе, ТВ-камеры черно-белые,
цветные, купольные, «день/ночь», для работы в экстремальных условиях, на основе соединения InGaAs. Приводятся основные
параметры этих устройств.
It was considered the modern state of TV-cameras elaborating for special technique. It was described silicon CCD, hybrid-module
images transformers: IICCD, IBCCD and TV-cameras of this base, TV-cameras black-white, colour, domical, «day/night», for work
in the extremal conditions, on the base of combination InGaAs. It was adduced the ground parameters of this devices.
применение в спецтехнике для обеспечения
охраны, досмотра, таможенного
контроля, вождения транспортных
средств, прицеливания, разведки
и пр. Основным элементом таких систем
являются ТВ-камеры.
Различают бескорпусные (модульВ
ные)
ТВ-камеры, корпусные для работы
в помещении, корпусные для работы
на открытом воздухе, цветные,
черно-белые, а также ТВ-камеры типа
«день/ночь», которые могут работать
как в цветном, так и в черно-белом
режиме. ТВ-камеры могут иметь
стандартное (350 – 380 ТВ-линий)
или высокое (свыше 500 ТВ-линий)
разрешение. ТВ-камеры могут работать
в обычных условиях, но существуют
ТВ-камеры для работы при экстремальных
внешних условиях, в том
числе и при повышенном уровне радиации.
ТВ-камеры могут быть в купольном
исполнении. Различают также
аналоговые и цифровые (сетевые).
В цифровых ТВ-камерах воплощена
технология Internet Protocol (IP), поэ2
настоящее
время телевизионные
системы нашли широкое
тому их называют IP-камеры. Если ТВкамера
сопряжена с электронно-оптическим
преобразователем (ЭОП),
то она образует так называемый гибридно-модульный
преобразователь
изображения (ГМП) для работы при
пониженных уровнях освещенности
(сумерки, ночь) [1, 2].
Современные ТВ-камеры в основном
выполнены на базе полноформатных
кремниевых матриц ПЗС, работающих
в области спектра 0,4 – 1,1 мкм,
но, как будет показано выше, есть ТВкамеры,
работающие в области спектра
0,9 – 1,7 мкм. В настоящее время
для телевидения высокой четкости созданы
матрицы ПЗС с большим числом
элементов. Так, фирма Philips
Profes Imaging (Нидерланды) разработала
матрицы ПЗС с числом элементов
1024×1024 (модель FTF1010), 2048×2048
(модель FTF2020), 3072×3072 (модель
FTF3020). Фирма Alt Systems Inc.
(США) разработала матрицу ПЗС с
числом элементов 4096×4096, а фирма
Dalsa Inc. (США) – с числом элементов
5000´5000 [1]. В ЦНИИ «Электрон» созданы
матрицы ПЗС с числом элемен1
– ФГУП «Альфа», ведущий научный сотрудник.
тов 1152×1920, 1040×1160, 2000×2000,
256×5000, в ФГУП «НПП «Пульсар» –
534×1154,256×3500, 1600×1200 [1].
Развитие матриц ПЗС идет в направлении
увеличения чувствительности,
количества светочувствительных
элементов (пикселей) в матрице ПЗС,
уменьшения размеров пикселей, расширения
динамического диапазона.
Так, фирма Sony (Япония) выпускает
матрицы ПЗС с числом элементов
2048×2048 при размере пикселя 7,4×7,4
мм и 4000×2672 элементов с размером
пикселя 9×9 мкм при динамическом
диапазоне свыше 5000 [1].
В ТВ-камерах стандартного разрешения
используются матрицы ПЗС с
числом элементов по строке 500 при
разрешающей способности примерно
380 ТВ-линий [3]. Но при оценке разрешения
следует установить также
глубину модуляции сигнала с числом
штрихов, соответствующих разрешающей
способности, – коэффициент
передачи контраста. Реально в лучших
ТВ-камерах он достигает 0,5 – 0,7.
При низком значении этого коэффициента
(0,1 и ниже) даже при разре
Стр.2
обзор
Фото 1. ТВ-камера на базе
охлаждаемой матрицы ПЗС
шающей способности 380 ТВ-линий
изображение утрачивает резкость и в
нем трудно различить мелкие детали
[3]. При использовании в ТВ-камерах
несимметричного корректора четкости
с избыточной коррекцией, настроенной
на 150 – 200 ТВ-линий, глубина
модуляции доходит до 1,0, но для 380
линий падает до 0,1 – 0,2. В результате
изображение пестрит резкими углами
и контурами линий, мелкие детали
различимы с трудом [3]. В этом
смысле предпочтительнее используемое
фирмой «ЭВС» (Россия) применение
симметричного корректора четкости,
настроенного на 400 ТВ-линий,
обеспечивающего глубину модуляции
не менее 0,5 [3]. В ТВ-камерах высокого
разрешения с числом элементов
по строке 50 – 760 разрешающая способность
доходит примерно до 570 –
600 ТВ-линий. Но если ТВ-мониторы,
аналоговые видеомагнитофоны и квадраторы
настроены на меньшее разрешение,
то реализация высокого разрешения
не происходит. Для повышения
разрешения системы в целом следует
применять ТВ-мониторы, цифровые
видеомагнитофоны или регистраторы
изображения с разрешением не менее
500 ТВ-линий при размере экрана
ТВ-монитора не менее 14'', а лучше 19''
или 21'' [3].
ТВ-камеры используют матрицы
ПЗС разного формата. Формат – внешний
диаметр (в дюймах) трубки видиРис.
1. Сравнительные спектральные характеристики:
кривая 1 − обычная матрица ПЗС, модель ICX058CL фирмы Sony;
кривая 2 – матрица EXview HAD CCD, модель ICX258AL
кона, у которого размеры мишени равны
размерам матрицы ПЗС. Различают
форматы 1/5'', 1/4'', 1/3'', 1/2'', реже
2/3'', 1'', 4/3'', применяемые в основном
в астрономии. Чем меньше формат,
тем дешевле ТВ-камера, меньше
ее размеры и энергопотребление. Но с
уменьшением формата растет уровень
шума и снижается чувствительность в
темноте (примерно в 1,5 раза при снижении
на один формат [3]).
Чувствительность матриц ПЗС можно
повышать разными способами. Известно,
что охлаждение на каждые 9° С
приводит к уменьшению темнового
тока матрицы ПЗС в 2 раза [1, 4]. Поэтому
применяют охлаждение матриц
ПЗС путем заливки жидкого азота в
сосуд Дюара, в котором смонтирована
матрица ПЗС. При этом температура
охлаждения составляет 77 К. Чаще
используют охлаждение до –80� С
с помощью одно- или двухкаскадных
термоэлектрических охладителей
(ТЭО) (фото 1). Однако такие технические
решения не получили широкого
распространения. Для повышения
чувствительности можно использовать
объектив с большей светосилой,
например, вместо 1:1,2 применить
1:0,75, но это увеличит стоимость ТВкамеры.
В стандартных матрицах ПЗС
Super HAD при относительном отверстии
объектива 1:1,2 чувствительность
составляет 0,1 лк [4]. Фирма Sony повысила
чувствительность матриц ПЗС
EXview HAD приблизительно в 4 раза
за счет повышения абсолютной величины
чувствительности и ее сдвига
в ближнюю инфракрасную (ИК) область
спектра [3, 4]. Созданы новые типы
матриц ПЗС EXview HAD CCD, которые
имеют отношение сигнал/шум
лучше 115 дБ по сравнению с 20 дБ для
обычных матриц ПЗС.
На рис. 1 представлены кривые спектральной
чувствительности обычной
матрицы ПЗС фирмы Sony (модель
ICX058CL) и матрицы EXview HAD
CCD (модель ICX258AL) [1]. Высокая
чувствительность достигается за счет
применения микролинз, концентрирующих
свет в сравнительно небольшие
по размеру фоточувствительные окна
матрицы ПЗС. Для дальнейшего повышения
чувствительности используются
ночные режимы [3]. Один такой
режим достигается увеличением чувствительности
путем суммирования
сигналов в соседних элементах матрицы
ПЗС (ночной режим 1), а другой −
увеличением чувствительности путем
суммирования сигналов соседних кадров
(до 16 кадров) непосредственно в
матрице ПЗС (ночной режим 2) [3]. В
результате суммарная чувствительность
может достигать 4×10-5
лк [3].
Рассмотрим основные виды ТВ-камер
на базе матриц ПЗС.
Бескорпусные (модульные) ТВ-камеры
представляют собой одну, две
или больше параллельных печатных
3
Стр.3